С помощью небольшой кремниевой пластины с волноводами группа учёных из Англии, Японии, Израиля и Нидерландов провела наблюдение случайного квантового кружения двух фотонов.
Классическое случайное кружение легче всего рассматривать на одномерном примере. Допустим, движение начинается в точке «0», и на каждом операции мы смещаемся на единицу влево или вправо, причём направления равновероятны. Подкинув монетку два раза, мы, как легко догадаться, окажемся либо в точке «2», либо в «-2», либо вернёмся в начальное состояние, а на пятом операции нам уже будут доступны точки «5», «-5», «3», «-3», «1» и «-1». Такие модели — с бóльшим числом измерений и прочими видоизменениями — можно использовать для описания самых разнообразных процессов.
В квантовом видоизменении модели необходимо учитывать, что до измерения элемент находится в суперпозиции состояний. Если, к примеру, фотон направить на светоделитель, то на выходе он будет отправляться «одновременно по двум направлениям».
| Сравнение классического (слева) и квантового кружения (иллюстрация из журнала Science). |
Новый опыт использовал 21 волновод длиной около 700 мкм, между которыми фотоны может быть туннелировать; чтобы облегчить им задачу, физики сблизили волноводы на 2,8 мкм. Основной вопросом, по обещаниям руководителя работ Джереми О’Брайена (Jeremy O’Brien) из Бристольского университета, стал исключение частиц через оптоволокно к детекторам: организовать соединение с оптоволокном можно едва в том случае, если расстояние между смежными волноводами превышает 127 мкм. Следовательно, последние необходимо растворять веером и следить за тем, чтобы появление изгибов не повергало к потере фотонов. По расчётам авторов, при использовании традиционных волноводов из диоксида кремния наименьшая необходимая длина участка, на котором промежуток между элементами увеличивается от 2,8 до 125 мкм, составляет несколько метров. Определения таких размеров на практике, конечно же, не осуществятся.
Решить задачу помогли волноводы из оксинитрида кремния, применение которых сделало различие в показателе преломления между сердцевиной и кремниевой обшивкой волновода более заметной. В результате исследователи приобрели возможность проектировать более острые изгибы волноводов и уменьшать их длину до нескольких миллиметров.
Ранее квантовое случайное кружение уже наблюдалось на примере одиночных фотонов, но ценность экспериментов несколько уменьшал тот факт, что их результат можно обрисовать в классическом волновом представлении (соответствующее документ было опубликовано в журнале Physical Review A ещё в 2003 году).
Страницы:[1] 2
